可见光下BiWO光催化降解亚甲基蓝研究

摘要

自1972年Fujishima和Honda报道了TiO2电极光分解水以来，因半导体光催化剂转换太阳能净化环境方面有广泛的应用，大多数研究都集中在这方面。在众多的光催化剂中，Bi2WO6已被证实具有合适的价带和良好的物理性能，如铁电性、热电性、非线性传导磁化性、催化活性，被认为是能有效光解水和降解有机污染物的可见光型催化剂。 实验分别采用共沉淀法和固相法合成催化剂Bi2WO6，并利用浸渍法对合成的Bi2WO6催化剂进行改性，形成金属（Ag，Cu等）掺杂型光催化剂。并以亚甲基蓝（Methylene Blue，MB）为模型化合物，在可见光条件下研究Bi2WO6催化剂用量、pH值、光照强度、空气流量、光照时间、初始浓度等因素对亚甲基蓝降解率的影响，并初步探讨了可见光下Bi2WO6光催化降解亚甲基蓝的动力学特征。实验结果表明：共沉淀法合成的催化剂在可见光照射下光催化降解亚甲基蓝的效果远远好于固相法合成的催化剂。当共沉淀法合成的催化剂用量为0．2 g/L，pH值为9．30，亚甲基蓝的初始浓度为10 mg/L时，对亚甲基蓝降解的效果最佳，4h后亚甲基蓝的降解率达到80％。同时还研究了光催化降解亚甲基蓝的动力学特征，发现该降解反应符合一级反应动力学特征。 实验还研究了采用共沉淀法合成的Bi2WO6光催化剂对亚甲基蓝的吸附性能。结果表明：Bi2WO6对亚甲基蓝的最大吸附量达16．46 mg/g，其吸附规律较好的符合Langmuir吸附等温式；Bi2WO6对亚甲基蓝吸附速率较快，在25℃条件下0．02 g Bi2WO6对100．0 ml含10．0 mg/L的亚甲基蓝溶液吸附时间为30 min时，亚甲基蓝的吸附达到平衡；Bi2WO6对亚甲基蓝的吸附率随着温度和Bi2WO6用量增加而增大。 研究表明，金属掺杂型Bi2WO6催化剂的光催化活性有所降低，这可能是因为金属离子的介入导致了催化剂晶体结构的变化。其中Ag离子的掺杂效果较好，同时，还考察了Ag掺杂量对催化剂活性的影响，发现在3wt．％时降解效果最佳。实验中通过XRD、SEM、TG—DSC等表征分析发现：在600℃热处理条件下，XRD谱图中Bi2WO6的衍射峰出现；热分析表明当温度升高到450℃左右，催化剂中所含的硝酸盐等大部分杂质被去除，800℃以上Bi2WO6处于热稳定状态。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1染料废水的来源、特点、危害

1.2光催化基本原理和研究现状

1.3可见光型光催化剂的研究进展

1.3.1染料光敏化

1.3.2离子掺杂

1.3.3新型窄禁带半导体光催化剂

1.4光催化技术在水处理上的应用

1.5课题研究的目的、意义及研究内容

1.5.1选题

1.5.2研究内容

第二章光催化剂的制备与吸附性能研究

2.1实验原料及设备

2.1.1实验试剂及原材料

2.1.2实验仪器及设备

2.2催化剂的制备

2.2.1钨酸铋催化剂的共沉淀法合成方法

2.2.2钨酸铋催化剂的高温固相法合成方法

2.3催化剂的吸附性能研究

2.3.1吸附等温线

2.3.2吸附速率曲线

2.3.3温度对吸附性能的影响

2.3.4 pH值对吸附率的影响

2.3.5 BizWO6用量对吸附率的影响

2.4 小结

第三章可见光下钨酸铋光催化降解亚甲基蓝实验研究

3.1评价方法和参数确定

3.2高温固相法合成的钨酸铋催化剂的活性研究

3.3共沉淀合成法合成催化剂的活性研究

3.3.1催化剂用量对亚甲基蓝光催化降解的影响

3.3.2亚甲基蓝初始浓度对降解率的影响

3.3.3溶液的pH值对光催化降解实验的影响

3.3.4空气流量对光催化降解实验的影响

3.3.5光照强度对光催化降解实验的影响

3.3.6光照时间对光催化降解实验的影响

3.4 Bi2WO6光催化降解亚甲基蓝的光谱分析

3.5 Bi2WO6对其它模型化合物的降解研究

3.6小结

第四章焙烧温度对钨酸铋光催化剂的影响

4.1实验参数设定

4.2结果讨论

4.2.1样品的XRD和SEM分析

4.2.2样品的TG-DSC分析

4.2.3温度处理对高温固相法合成催化剂的活性影响

4.2.4温度处理对共沉淀合成法制备催化剂的活性影响

4.3小结

第五章金属掺杂对钨酸铋光催化剂的改性研究

5.1掺杂机理分析

5.2金属掺杂Bi2WO6光催化剂的制备

5.3结果讨论

5.4 小结

第六章Bi2WO6降解亚甲基蓝反应动力学及反应机理初探

6.1 Bi2WO6降解亚甲基蓝反应动力学的初步探讨

6.1.1反应动力学理论

6.1.2结果与讨论

6.2 Bi2WO6光催化降解MB反应机理初探

6.3 小结

第七章结论和展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

已发表的论文

致谢